[发明专利]一种Al-NpO2弥散芯块的制备方法

说明书

本发明属于辐射防护技术领域，涉及一种Al‑NpO₂弥散芯块的制备方法。所述的制备方法包括如下步骤：1)粉末混合：按质量比1∶(0.25～0.27)∶(0.06～0.18)∶(0.06～0.18)∶(0.06～0.18)将铝粉、NpO₂粉、聚乙二醇粉末、硬脂酸粉末、石蜡粉末混合均匀；2)模压成型：将混合后的粉末置于模具中进行模压成型，脱膜后形成Al‑NpO₂弥散芯块生坯；3)真空烧结：将所得Al‑NpO₂弥散芯块生坯进行真空烧结，制得Al‑NpO₂弥散芯块。用本发明的Al‑NpO₂弥散芯块的制备方法，可以减少制备过程中铝粉的氧化，进一步提高制备得到的Al‑NpO₂的弥散芯体的密度。

技术领域

本发明属于辐射防护技术领域，涉及一种Al-NpO₂弥散芯块的制备方法。

背景技术

Al-NpO₂弥散芯块是用于制备弥散镎靶件的芯体。作为一种较为常用的镎靶件，Al-NpO₂弥散芯块具有导热性能好、包容裂变产物能力强、后处理方便等优点。而且，为了便于反应堆辐照，提高辐照效率，在某些情况下，需要将Al-NpO₂弥散芯块制成环形薄壁结构。当前，制备Al-NpO₂弥散芯块的方法主要有共热挤压法和粉末冶金无压烧结法。

共热挤压法是国外常用的一种方法，其主要包括混料、预压、装管、共热挤压几个步骤，具体流程如下：首先将铝粉与NpO₂粉末均匀混合，再放入模具内100MPa预压；之后将压坯装入铝合金包壳管内，放入共挤压机内加热到610℃，进行热挤压，此时芯块与包壳结合形成靶件。利用共热挤压法制备Al-NpO₂弥散芯块的优点为：可获得接近全致密的弥散芯块；芯块不需机械加工；芯块与铝合金包壳界面实现冶金结合，不存在气隙，有利于传热。但是，共热挤压法制备Al-NpO₂弥散芯块也存在如下难以克服的缺点：当硬脆的NpO₂含量较高时共热挤压难以进行；在610℃以上共热挤压时铝将与NpO₂反应形成热导率较低、脆性很高的NpAl₄金属间化合物和Al₂O₃；制备环形、薄壁芯块的难度较大，设备复杂，废品率较高，生产效率较低。

粉末冶金无压烧结法是本申请人之前自主研发的制备Al-NpO₂弥散芯块的方法。其主要包括铝粉造粒、混料、压制、烧结几个步骤，具体流程如下：首先将铝粉与聚乙烯醇溶液(PVA)混合造粒，得到造粒后铝粉；再将铝粉与NpO₂粉末均匀混合，放入模具内450MPa压制成型；之后将压坯放入真空烧结炉内490℃、10^-2-10^-3Pa的真空条件下烧结1～2h，得到烧结芯块。该方法相对于共热挤压法的优点在于：在常温下冷压成型，烧结温度低于600℃，铝不会与NpO₂反应形成其它相；工艺和设备简单，成品率高，生产效率较高。但此方法依然存在如下的不足：需要对铝粉进行PVA湿法造粒处理，铝粉才能满足压制成型要求，这增加了铝粉被氧化的风险，通过湿法造粒的铝粉，在常温下较难压制；同时，在铝中混合较多的NpO₂粉末也会严重阻碍铝的烧结致密化，这些原因导致难以获得较高密度的Al-20％NpO₂弥散芯块。因此，利用此种方法获得的芯块相对密度最高为92±1％TD，尚存在一定的提升空间。而高密度不但可以提升Al-NpO₂芯块的热导率，还可以提高镎靶件的辐照安全性，从而还可以提升镎靶件中NpO₂的装载量，进而提高辐照同位素生产的经济性。所以，高密度Al-NpO₂弥散芯块的研制具有极其重要的现实意义。